28.02.17Радиостанции мобильной связи 21(21)

8. Общие характеристики радиостанций мобильной связи

Совместная работа различных радиоизлучающих устройств естественно требует выполнения этими устройствами некоторых общих требований, которые бы максимально уменьшали возможность взаимных помех. Требования электромагнитной совместимости, очевидно, различны для различных классов излучающих устройств, но относительно едины в каждом данном классе и должны выполняться всеми без исключения устройствами. Каждая радиоизлучающее устройство должно быть сертифицировано и иметь удостоверение соответствия требованиям электромагнитной совместимости, действующим на территории страны. Специальная служба (в России это ГосСвязьНадзор) проводит непрерывный мониторинг эфира с целью обнаружения и пресечения несанкционированной работы в эфире или отклонении от стандартов.

В России основным документом, устанавливающим параметры электромагнитной совместимости для радиостанций мобильной наземной связи, является ГОСТ 12252-86 «Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы». Этот ГОСТ регламентирует основные параметры передатчиков и приемников и методы измерения этих параметров. ГОСТ 12252-86 регламентирует параметры только аналоговых радиостанций, цифровые радиостанции не могут быть полностью описаны в терминах этого ГОСТ. Поэтому практически при измерениях параметров цифровых радиостанций руководствуются требованиями технических условий, согласованных с заказчиком, или требованиями стандарта ETS 300 113, разработанным Европейским Институтом телекоммуникационных Стандартов (European Telecommunications Standards Institute - ETSI) и опубликованных в 1996г.:

Radio Equipment and Systems Land mobile service. Technical characteristics and test conditions for radio equipment intended for the transmission of data and speech and having an antenna connector. (Радиоэлектронное оборудование и мобильные наземные системы связи. Технические характеристики и условия измерения параметров радиоэлектронного оборудования, предназначенного для передачи по эфиру аналоговой и цифровой информации).

Стандарт ETS 300 113 определяет минимально необходимые параметры, обеспечивающие электромагнитную совместимость цифровых наземных радиостанций и методы измерения этих параметров.

В настоящем разделе приводится описание параметров радиостанций, обязательных для выполнения, в соответствии с требованиями аналогового и цифрового стандартов. Порядок следования и наименования разделов соответствует принятым в европейском стандарте. В каждом разделе также указывается соответствующие требования российского стандарта ГОСТ 12252-86 (если они имеется). Приводится также формальное определение параметров радиостанций и краткое описание метода измерений.

Приводятся также блок-схемы передатчика и приемника. Указаны требования к компонентам блок-схемы для выполнения требований стандарта.

8.1 Стандарты для радиостанций мобильной связи

8.1.1 Параметры передатчика

Ошибка установки частоты (Frequency error) есть разница между измеренной частотой передатчика в отсутствии модуляции и номинальной частотой передатчика.

Допустимая ошибка установления частоты в соответствии со стандартом ETS 300 113 в нормальных и предельно допустимых условиях (или комбинации указанных условий) должна соответствовать значениям, указанным в таблице 8.1.а.

Таблица 8.1.а. Допустимая ошибка установки частоты (ETS 300 113)

Расстояние между каналами (КГц)	Предельная величина ошибки (КГц)
	f<47 МГц	47<f<137 МГц	137<f<300 МГц	300<f<500 МГц	500<f<1000МГц
20 или 25	+-0.60	+-1.35	+-2.00	+-2.00	+-2.50
12.5	+-0.60	+-1.35	+-1.50 (Б) +-1.50 (М)	+-1.00 (Б) +-1.50 (М)	Не определено

В соответствии со стандартом 12252-86, допустимая нестабильность частоты передатчика в нормальных условиях определяется в миллионных долях (ppm) от величины несущей частоты, как это указано в таблице 8.1.b.

Таблица 8.1.b. Допустимая ошибка установки частоты (ГОСТ 12252-86)

Класс радиостанции	Предельная величина ошибки (КГц)
	f<80 ppm	80<f<160 ppm	160<f<330 ppm	330<f<450 ppm
Стационарная	10	7	5	3
Мобильная	20	10	7	5

В общем и целом требования обоих стандартов к задающим генераторам передатчиков и гетеродинам приемников по стабильности частоты совпадают.

Измерение частоты производится с помощью электронно-счетных частотомеров. Точность измерения и период интегрирования измеряемого параметра определяется в технических условиях на изделие.

Мощность несущей (на нагрузке) Carrier power (conducted) есть средняя мощность на антенном выходе за период колебаний в отсутствии модуляции.

По стандарту ETS 300 113 максимальная величина мощности передатчика определяется частным техническим заданием или иными нормативными документами.

Если изделие предусмотрено для работы с различными уровнями мощности, эти уровни указываются производителем. Измерения производятся только для максимального и минимального уровней мощности. Управление мощностью не должно быть доступно пользователю.

Стабильность мощности несущей (на нагрузке) должна быть в диапазоне +-1.5дБ при нормальных условиях и +2дБ/–3дБ при всех дестабилизирующих факторах.

Стандарт ГОСТ 12252-86 устанавливает четыре градации допустимой мощности радиостанции в зависимости от класса аппаратуры:

• Стационарная не более 60 Вт

• Автомобильная не более 20 Вт

• Носимая не более 2 Вт

• Портативная не более 0.5 Вт

Измерения мощности производятся с помощью измерителя мощности с тепловой измерительной головкой или с помощью высокочастотного вольтметра на стандартной нагрузке (50 или 75 Ом). В обоих случаях для правильного измерения мощности необходимо полное согласование выходного импеданса передатчика со входных сопротивлением измерителя мощности или нагрузки.

Эффективная излученная мощность (Effective radiated power) определяется как мощность в отсутствии модуляции, излученная в направлении максимума напряженности поля.

По стандарту ETS 300 113 излученная мощность нормируется только для оборудования, не имеющего стандартного выходного разъема 50 Ом. и измеряется только в нормальных условиях.

Допустимое изменение мощности вычисляется по формуле:

8.1

Входящие в формулу 8.1 параметры представляются в линейных единицах (разах). Например, для исуммарная нестабильностьили

Измерение эффективной излученной мощности производится в безэховой камере или в установке стандартного поля. В первом случае датчики мощности определяют уровень излученной мощности во всем направлением, а затем вычисляется суммарная излученная мощность. Во втором случае суммарная мощность вычисляется по величине наведенной ЭДС в антенне от стандартного поля при различном положениях антенны.

Мощность передатчика в соседнем канале (Adjacent channel power) определяется как часть общей мощности на выходе передатчика при нормальной модуляции, которая находится в специально определенном диапазоне частот с центром в соседнем канале. Эта мощность есть сумма средней мощности, появившейся вследствие модуляции, мощности шума и мощности фонового излучения передатчика.

В соответствии со стандартом ETS 300 113 мощность передатчика в соседнем канале должна быть подавлена на величину не менее 70 дБ относительно мощности несущей на нагрузке при разносе каналов 20 или 25 КГц и не менее 60 дБ при разносе каналов 12.5 КГц. В любом случае допускается мощность в соседнем канале 0.2 мкВт (-37 дБм) и менее.

Полоса частот для измерения мощности передатчика в соседнем канале определяется таблицей 8.2.

Таблица 8.2. Измерительная полоса частот

Расстояние между каналами, КГц	Измерительная полоса частот, КГц
12.5	8.5
20	14
25	16

В соответствии с ГОСТ 12252-86 допустимая мощность в соседнем канале для радиостанций с выходной мощностью менее 25 Вт не должна превышать 2.5 мкВт, для радиостанций с большей выходной мощностью не должна превышать -70 дБ относительно мощности несущей на нагрузке.

Необходимо отметить, что при фактически одинаковых требованиях к аппаратуре, стандарты существенно различаются в методике измерения этой мощности.

Российский стандарт требует измерения мощности в соседнем канале с помощью специального измерительного приемника с фиксированной полосой пропускания. Измерения производятся сначала на рабочем канале, а затем на соседнем. Разность показаний входного аттенюатора приемника, при котором показания приемника одинаковы, и представляет собой подавление излученной мощности в соседнем канале. К сожалению, упомянутые в стандарте измерительные приемники в реальности отсутствуют. Поэтому практически измерение подавления мощности в соседнем канале измеряется с помощью анализаторов спектра. На анализаторе спектра устанавливается полоса пропускания, указанная в технических условиях на изделие, и подавление мощности в соседнем канале определяется как отношение мощности на центральной частоте соседнего канала к величине мощности на центральной частоте рабочего канала.

Побочное радиоизлучение (Spurious emission) есть излучение на всех частотах, за исключением несущей частоты и частот, связанных с нормальной модуляцией.

В соответствии со стандартом ETS 300 113 побочное (паразитное) излучение передатчика не должно превышать величин, указанных в таблицах 8.3, 8.4.

Таблица 8.3. Допустимая мощность на нагрузке

Диапазон частот	Режим передачи	Режим приема
9 КГц .... 1 ГГц	0.25 мкВт (-36 дБм)	2.0 нВт (-57 дБм)
1ГГц .... 4ГГц	1.00 мкВт (-30 дБм)	20 нВт (-47 дБм)

Таблица 8.4. Допустимая излученная мощность

Диапазон частот	Режим передачи	Режим приема
30 МГц .... 1 ГГц	0.25 мкВт (-36 дБм)	2.0 нВт (-57 дБм)
1ГГц .... 4ГГц	1.00 мкВт (-30 дБм)	20 нВт (-47 дБм)

В соответствии со стандартом ГОСТ 12252-86, требования по побочным излучениям совпадают с требованиями по излучению в соседнем канале.

Измерение побочного излучения производится с помощью анализатора спектра в указанном диапазоне частот.

Подавление интермодуляционных излучений (Intermodulation emission) определяется как способность передатчика подавлять возникновение сигналов на нелинейных элементах передатчика, вызываемых присутствием сторонних частот, попадающих в передатчик через антенну.

Настоящий параметр по требованиям стандарта ETS 300 113 относится только к базовым станциям.

Минимально допустимое подавление интермодуляционных частот должно быть не менее 40дБ. При использовании более чем одного передатчика в базовом радиоузле требования электромагнитной совместимости распространяются до 70 дБ подавления всех интермодуляционных частот.

Измерение комбинационных составляющих производится с помощью анализатора спектра в непосредственной близости от несущей частоты передатчика.

Время включения передатчика (Transmitter attack time) по требованиям стандарта ETS 300 113 не должно превышать 25 мсек и определяется как время между поступлением команды «Вкл. ПРД» и максимальной величиной из двух следующих моментов:

• выходная мощность передатчика достигает уровня +1.5/-1 дБ относительно номинальной мощности и далее остается в этом диапазоне

• частота несущей устанавливается с точностью +-1 КГц относительно номинального значения и далее остается в этом диапазоне

Время выключения передатчика (Transmitter release time) по требованиям стандарта ETS 300 113 не должно превышать 20 мсек и определяется как время между поступлением команды «Выкл. ПРД» и моментом, когда выходная мощность передатчика уменьшится на 50 дБ ниже номинальной мощности и далее остается ниже указанного уровня.

Переходная характеристика передатчика (Transient behaviour of the transmitter) по стандарту ETS 300 113 определяется как временная зависимость частоты, мощности несущей и формы спектра передатчика в моменты включения и выключения ВЧ мощности передатчика.

В любой момент времени, когда мощность передатчика превышает величину , отклонение частоты несущей от номинального значения не должно превышать половины ширина канала.

В любой момент времени, когда мощность передатчика находится в пределах от до, знак изменения мощности не должен изменяться (мощность должна только уменьшаться или только увеличиваться в режимах выключения и включения, соответственно). Типовая зависимость выходной мощности и рабочей частоты передатчика в момент включения показаны на рис. 8.1.

P_out

t

ПРД T_вкл

Вкл.

f_out

t

Рис.8.1. Типовая переходная характеристика передатчика по мощности P_out(t) и частотеf_out(t) в момент включения

В любой момент времени включения или выключения мощность передатчика в соседнем канале не должна превышать величины:

• –60 дБ от номинальной мощности на нагрузке (или менее 2 мкВт) при частотном разносе каналов 20 или 25 КГц

• -50 дБ от номинальной мощности на нагрузке (или менее 2 мкВт) при частотном разносе каналов 12.5 КГц

Момент поступления команды на включение передатчика обозначен как «ПРД Вкл.». В соответствии с определением времени включения передатчика п.8.1.7, переходной процесс заканчивается, когда мощность на выходе передатчика находится в диапазоне +1.5/-1 дБ, а отклонение выходной частоты от номинального значения не превышает 1 КГц.

Последние три пункта (8.1.7 …. 8.1.9), касающиеся времени включения, выключения и переходной характеристики передатчика, являются исключительно свойствами цифровых радиостанций. Регламентация временных и переходных характеристик передатчика совершенно необходима при работе в режиме передачи пакетов данных или при использовании временного разделения каналов (TDMA). В российском стандарте эти параметры не упоминаются.

Прочие параметры.

ГОСТ 12252-86, регламентирует, кроме перечисленных выше, следующие параметры:

• Коэффициент нелинейных искажений передатчика

• Отклонение амплитудно-частотной характеристики передатчика от характеристики с предкоррекцией 6 дБ/октаву

• Величина девиации передатчика

• Уровень паразитной АМ

• Уровень паразитной ЧМ

• Ширина полосы излучения передатчика

Такие параметры, как коэффициент нелинейных искажений и отклонение АЧХ передатчика от заданной являются следствием использования в радиостанции аналогового модулирующего сигнала и к цифровых радиостанциям не применимы.

Величина девиации передатчика контролируется в том случае, когда в цифровой радиостанции реализован аналоговый, по существу, способ модуляции. Например, прямая модуляция несущей в синтезаторе частоты. При этом способе модуляции величина девиации зависит от амплитуды модулирующего сигнала и, очевидно, может быть нестабильной в широких пределах. Но при использовании квадратурного модулятора величина девиации определяется тактовой частотой цифрового модулирующего сигнала и фактически является абсолютно стабильной.

Измерение величины девиации производится с помощью приборов – измерителей девиации при модуляции передатчика тестовым сигналом.

Уровень паразитной ЧМ определяет степень «размазывания» несущей частоты передатчика в отсутствии модулирующего сигнала и фоновый сигнал, принимаемый приемником в отсутствии модуляции. Реально при цифровой обработке сигналов этот параметр не имеет существенного значения.

Уровень паразитной ЧМ определяется с помощью измерителя девиации при отсутствии сигнала на модулирующем входе передатчика.

Уровень паразитной АМ измеряется только для цифровых радиостанций, в которых реализована частотная модуляция с постоянной огибающей. При использовании АМ, фазовой модуляции с сильным ограничением полосы частот модулирующего сигнала или OFDM модуляции этот параметр, очевидно, не применим. Все эти типы модуляций нормально имеют амплитудно модулированную несущую.

Ширина полосы пропускания передатчика (spectrum mask) определяет форму распределения мощности в основном рабочем канале. В ГОСТ 12252-86 этот параметр определяется как обязательная колоколообразная зависимость спектральной плотности мощности в соответствии с таблицей 8.5.

Таблица 8.5. Ширина полосы пропускания передатчика по ГОСТ 12252-86

Амплитуда сигнала, дБс	-30	-40	-50	-60
Полоса частот, МГц	16	21.9	27.1	32.9

Указанные в таблице параметры являются следствием использования совершенно определенного аналогового тестового модулирующего сигнала, а именно: синусоидального колебания в полосе частот от 300 до 3000 Гц. Очевидно, что для цифрового модулирующего сигнала эта таблица не применима: спектральная плотность мощности модулированного сигнала определяется типом модулирующего сигнала и типом фильтра обкатки.

Поэтому для цифровых радиостанций настоящий параметр определяется не в общем стандарте электромагнитной совместимости, а в частных стандартах систем связи. Для каждого стандарта связи (GSM, NMT-450, IS-95 и т.д.) определен так называемый specrum mask, т.е. требуемое распределение спектральной плотности мощности в выделенной полосе частот, которое должно быть реализовано в каждой радиостанции.

Распределение мощности в рабочем канале измеряется с помощью анализатора спектра.